專利名稱：：在適形接觸掩模電鍍操作期間監測沉積質量的方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發明的實施例涉及電化學制造領域和關聯的材料的電化學沉積，其中一些包括依照期望的截面結構對選擇性圖形化操作(例如，選擇性電化學沉積操作)使用掩模，以及在一些實施例中，其依照從沉積材料的多個粘結層構建多層三維結構。
背景技術：
：AdamLCohen發明了一種從多個粘結層形成三維結構(例如部件，元件，器件等)的技術，該技術是公知的電化學制造技術。該技術由加利福尼亞的Burbank的MEMGer^公司商業化研究，命名為EFAB。在2000年2月22日公開的美國專利第6，027，630號中描述了此項技術。此項電化學沉積技術允許使用一種獨特的掩模技術選擇地沉積材料，該掩模技術包括使用一個掩模，該掩模包括位于支承結構上的圖形化的適形材料，該支承結構與其上將進行電鍍的襯底獨立。當希望使用該掩模執行電沉積時，在電鍍液存在的同時使該掩模的適形部分與襯底相接觸，以使該掩模的適形部分與襯底的接觸禁止在選定位置的沉積。為了方便，這些掩模一般稱為適形接觸掩模；該掩模技術一般稱為適形接觸掩模電鍍處理。更具體而言，在加利福尼亞的Burbank的MEMGer^公司的術語中，這些掩模通常稱為INSTANTMASKTM和此過程稱為INSTANTMASKING或INSTANTMASK電鍍。使用適形接觸掩模電鍍的選擇性沉積可用于形成單層材料或可用于形成多層結構。專利6，027，630的教導中所提及的全部內容以參考的方式合并于此。由于遞交了產生上述專利的專利申請，所以公開各種有關適形接觸掩模電鍍(即，INSTANTMASKING)和電化學制造的文獻1.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis禾口P.Will,"EFAB:Batchproductionoffunctional,fully-densemetalpartswithmicro-scalefeatures",Proc.9thSolidFreeformFabrication,TheUniversityofTexasatAustin,pl61，Aug.1998。2.A.Cohen、G.Zhang、F.Tseng、F.Mansfeld、U.Frodis禾口P.Will,"EFAB:Rapid，Low-CostDesktopMicromachiningofHighAspectRatioTrue3_DMEMS，，，Proc.12thIEEEMicroElectroMechanicalSystemsWorkshop,IEEE，p244，Jan1999。3.A.Cohen，"3_DMicromachiningbyElectrochemicalFabrication，，，MicromachineDevices,March1999。4.G.Zhang、A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、F.Mansfeld禾口P.Will,"EFAB:RapidDesktopManufacturingofTrue3-DMicrostructures，，，Proc.2ndInternationalConferenceonIntegratedMicroNanotechnologyforSpaceApplications,TheAerospaceCo.，Apr.1999。5.F.Tseng、U.Frodis、G.Zhang、A.Cohen、F.Mansfeld禾口P.Will,"EFAB:HighAspectRatio,Arbitrary3_DMetalMicrostructuresusingaLow—CostAutomatedBatchProcess，，，3rdinternationalWorkshoponHighAspectRatioMicroStructureTechnology(HARMST，99)，June1999。6.A.Cohen、U.Frodis、F.Tseng、G.Zhang、F.Mansfeld禾口P.Will,"EFAB:Low_Cost，AutomatedElectrochemicalBatchFabricationofArbitrary3_DMicrostructures，，，MicromachiningandMicrofabricationProcessTechnology,SPIE1999SymposiumonMicromachiningandMicrofabrication，September1999。7.F.Tseng、G.Zhang、U.Frodis、A.Cohen、F.Mansfeld禾口P.Will,"EFAB:HighAspectRatio,Arbitrary3_DMetalMicrostructuresusingaLow—CostAutomatedBatchProcess",MEMSSymposium，ASME1999internationalMechanicalEngineeringCongressandExposition,November,1999。8.A.Cohen，"ElectrochemicalFabrication(EFABTM)"，Chapter19ofTheMEMSHandbook,editedbyMohamedGad_EL_Hak，CRCPress，2002。9."Microfabrication-RapidPrototyping'sKillerApplication，，，pagesl-5oftheRapidPrototypingR印ort，CAD/CAMPublishing,Inc.，Junel999。這九個文獻的公開文件中的全部內容以參考的方式合并于此。可以按照如在上述專利和公開文件中所提及的多種不同方式執行電化學沉積工藝。在一種方式中，此工藝包括在形成將要形成的每層結構期間執行的三個分離的操作1.在襯底的一個或多個期望的區域上通過電沉積選擇地沉積至少一種材料。2.然后，通過電沉積覆蓋沉積至少一種另外的材料，以使增加的沉積覆蓋先前選擇地沉積的區域和襯底的沒有接收到任何先前施加選擇性沉積的區域。3.最后，平坦化這些在第一和第二操作期間沉積的材料，以制造期望厚度的第一層光滑表面，其具有至少一個含有該至少一種材料的區域和至少一個含有至少另一種材料的區域。在形成第一層之后，緊貼著先前處理的層并粘附在該先前處理層的平滑表面形成一個或多個附加層。通過一次或多次重復第一至第三操作形成這些附加層，其中每個連續層的形成過程將先前形成的層和原始襯底視為新的增厚的襯底。—旦完成了形成所有層的過程，通常通過蝕刻工藝去除沉積的多種材料的至少一種的至少一部分，以暴露或釋放希望形成的三維結構。執行包含在第一操作中的選擇性電沉積的優選方法是利用適形接觸掩模電鍍。在此類電鍍中，首先形成一個或多個適形接觸(CC)掩模。CC掩模包括在其上粘結或形成圖形化的適形介電材料的支承結構。按照將要電鍍的材料的特定截面形成每一掩模的適形材料。對于將要被電鍍的每個獨特的橫截面圖形來說，需要至少一個CC掩模。CC掩模的支承一般為由金屬形成的類似盤形的結構，其將被選擇性地電鍍并且其中要電鍍的材料將被溶解。在此類典型方法中，該支承用作電鍍工藝中的陽極。在另一可選的方法中，該支承可用多孔的或別的有孔材料替代，在電鍍操作期間，在沉積材料從陽極末梢到沉積表面的路徑上沉積材料穿過該多孔材料。在另一個方法中，CC掩模能共用公用支承，即，用于電鍍多層材料的適形介電材料的多個圖形可位于單個支承結構的不同區域。當單個支承結構包含多個電鍍圖形時，整個結構稱為CC掩模，而單個電鍍掩模稱作"子掩模"。在目前的應用中，只在涉及一個特定點時，才進行這樣的區分。在執行第一操作的可選擇的沉積的準備過程中，將該CC掩模的適形部分放置為對準并壓靠在襯底的選定的、在其上將進行沉積的部分(或在先前形成的層上或在一層的先前沉積部分上)。CC掩模和襯底之間的壓靠是以這樣的方式進行的CC掩模的適形部分中的所有孔穴容納電鍍液。接觸襯底的CC掩模的適形材料用作電沉積的屏障，而CC掩模中的填充電鍍液的孔穴是用作當加載合適的電勢和/或電流時，從陽極(例如，CC掩模的支承)將材料傳送到襯底的非接觸部分(其在電鍍操作期間用作陰極)的路徑。在圖1(a)至1(c)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的一個例子。圖1(a)示出了CC掩模8的側視圖，CC掩模8由在陽極12上圖形化的適形或可變形的(例如，彈性體的)絕緣體10組成。該陽極具有兩個作用。圖l(a)也描述了與掩模8分離的襯底6。一個作用是作為用于圖形化的絕緣體10的支承材料，以維持其整體性和排列，由于該圖形可能具有拓撲的復雜性(即，包括絕緣體材料的隔離"島")。另一個作用是作為電鍍操作的陽極。在圖1(b)中示出了CC掩模電鍍通過簡單地將絕緣體壓到襯底上，然后在絕緣體中穿過孔隙26a和26b電沉積材料而可選擇地將材料22沉積在襯底6上。在沉積之后，將CC掩模與襯底6分離，最好是不破壞它，如圖1(c)所示。CC掩模電鍍處理與"貫穿-掩模"電鍍處理相區別，由于在貫穿-掩模電鍍(through-maskplating)工藝中，會發生掩模材料從襯底上破壞性地分離。由于對于貫穿_掩模電鍍，CC掩模電鍍可選擇地和同時地在整個層上沉積材料。電鍍區域可由一個或多個分離的電鍍區域組成，這些分離的電鍍區域可屬于正在形成的單個結構或屬于正在同時形成的多個結構。在CC掩模電鍍中由于各個掩模在去除工藝中沒有被有意地破壞，所以可在多個電鍍操作中使用。在圖1(d)至1(f)中示出了CC掩模和CC掩模電鍍的另一個例子。圖l(d)示出了與掩模8'分離開的陽極12'，掩模8'包括圖形化的適形材料10'和支承結構20。圖l(d)也描述了與掩模8'分離的襯底6。圖l(e)給出了與襯底6相接觸的掩模8'。圖l(f)給出了由電流從陽極12'流到襯底6所產生的沉積22'。圖l(g)給出了在與掩模8'分離之后的襯底6上的沉積22'。在此例中，將一種合適的電解液定位在襯底6和陽極12'之間，來自溶液或陽極中的一個或來自兩者的離子流從掩模中的開口流到沉積材料的襯底。此類掩模可稱為非陽極(anodeless)INSTANTMASKTM(AM)或非陽極適形接觸(ACC)掩模。不像貫穿-掩模電鍍，CC掩模電鍍允許將要形成的CC掩模完全與在其上將要發生電鍍的襯底的制造過程分離(例如，與正在被形成的三維(3D)結構分離)。可以用各種方式形成CC掩模，例如，可以使用光刻工藝。在結構制造前而不是在結構制造過程中，可同時制造出所有掩模。此分離使得能形成簡單的、低成本的、自動的、獨立的、和內部-干凈的"超小型工具機廠(DesktopFactory)。"，該"超小型工具機廠"能設置在任何地方以制造3D7結構，不用任何所需的清潔房間的過程，如通過服務工作部等可執行光刻。在圖2(a)至2(f)中給出了上面討論的電化學制造工藝的例子。這些圖顯示了包含了沉積第一材料2和第二材料4的工藝，第一材料2是要犧牲材料，第二材料4是結構材料。在此例中，CC掩模8包括圖形化的適形材料(例如，一種彈性介電材料)10和由沉積材料2制成的支承12。CC掩模的適形部分壓靠在襯底6上，電鍍液14位于適形材料10中的孔穴16中。然后，來自電源18的電流經由(a)成雙作為陽極的支承12和(b)成雙作為陰極的襯底6而穿過電鍍液14。圖2(a)給出了電流的流動使電鍍液中的材料2和來自陽極12的材料2可選擇地傳輸到并電鍍到陰極6上。在用CC掩模8將第一沉積材料2電鍍到襯底6上之后，如圖2(b)所示去除CC掩模8。圖2(c)描述了作為已經覆蓋沉積(S卩，非選擇地沉積)在先前沉積的第一沉積材料2上以及襯底6的其它部分上的第二沉積材料4。通過穿過一種合適的電鍍液(未示出)的從由第二材料組成的陽極(未示出)到陰極/襯底6的電鍍產生覆蓋沉積。然后平坦化整個兩-材料層以獲得如圖2(d)所示的精確厚度和平坦度。如圖2(e)所示，在重復所有層的工藝之后，由第二材料4(即，結構材料)形成的多層結構20嵌入在第一材料2(即，犧牲材料)中。蝕刻該嵌入結構以獲得所期望的器件，即，結構20，如圖2(f)所示。在圖3(a)至3(c)中示出了示范性的人工電化學制造系統32的各個部件。系統32由幾個子系統34、36、38和40組成。在圖3(a)到3(c)的每個圖的上部描述了襯底支持子系統34，且其包括幾個部件(1)托架48，(2)在其上沉積多個層的金屬襯底6，和(3)線性滑塊42，線性滑塊42能響應來自致動器44的驅動力相對于托架48上下移動襯底6。子系統34也包括指示器46，用于測量襯底垂直位置的差，其可用于設置或確定層的厚度和/或沉積厚度。子系統34還包括可精確地安裝在子系統36上的托架48的腳68。在圖3(a)的下部示出的CC掩模子系統36包括幾個部件(1)CC掩模8，其實際上是由共用公用支承/陽極12的多個CC掩模(即，子掩模)制成，(2)精密X-臺54，(3)精密Y-臺56，(4)在其上可安裝子系統34的腳68的框架72，和(5)用于容納電解液16的槽58。子系統34和36也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于連接到驅動CC掩模處理的合適的電源。在圖3(b)的下部示出了覆蓋沉積子系統38，且其包括幾個部件(1)陽極62，(2)用于容納電鍍液66的電解液槽64，和(3)在其上可安裝子系統34的腳68的框架74。子系統38也包括合適的電連接(未示出)，電連接用于將陽極連接到用于驅動覆蓋沉積處理的合適電源上。在圖3(c)的下部示出了平坦化子系統40，其包括研磨盤52和用于平坦化該沉積的相關聯動作與控制系統(未示出)。在HenryGuckel的標題為"通過多級深X光光刻使用犧牲金屬層形成微結構(FormationofMicrostructuresbyMultipleLevelDeepX-rayLithographywithSacrificialMetallayers)"的美國專利第5，190，637號中教導了另一種用于從電鍍金屬形成微結構(即使用電化學制造技術)的方法。此專利教導利用掩模暴露形成金屬結構。在一個暴露的電鍍基上電鍍第一層的第一金屬，以填充光刻膠的空隙，然后去除光刻膠，在第一層和電鍍基上電鍍第二金屬。然后將第二金屬暴露的表面車削到一個高度，其暴露第一金屬以制造出延伸跨過第一和第二金屬的均勻平面。然后，可通過將光刻膠層加到第一層上及而后重復用于制造第一層的工藝來開始形成第二層。然后重復該工藝直到形成完整的結構，且通過蝕刻去除第二金屬。通過澆注在電鍍基或先前層上形成光刻膠，及通過由x-射線或UV輻射穿過圖形化的掩模使光刻膠曝光以形成光刻膠中的空隙。對于使用適形接觸掩模電鍍，尤其在相繼地沉積多層以從多個粘結層形成多種結構時使用，仍然需要增強的電鍍質量診斷。當診斷顯示已出現或者可能出現失敗的或者有問題的沉積時，仍然需要進一步最小化耗費的時間、精力和材料。
發明內容本發明的多個方面的一個目的是提供一種接觸或者粘結掩模電鍍或者電化學制造工藝或者裝置，其增強了對嘗試的電鍍操作的質量的了解。本發明的多個方面的一個目的是提供一種接觸或者粘結掩模電鍍或者電化學制造工藝或者裝置，其在已出現了或者認為可能已出現了缺陷沉積時，減少了浪費時間。本發明的多個方面的一個目的是提供一種接觸或者粘結掩模電鍍或者電化學制造工藝或者裝置，其在已出現了或者認為可能已出現了缺陷沉積時，減少與前面操作相關的浪費。本發明的多個方面的一個目的是提供一種接觸或者粘結掩模電鍍或者電化學制造工藝或者裝置，其在已出現了或者認為可能已出現了缺陷沉積時，提供減少由前面操作產生的材料損耗。在回顧了在此的教導之后，本領域普通技術人員將容易理解本發明的各個方面的其它目的和優點。在此所清楚地提及的或另外從在此的教導中確定的本發明的各個方面，可以單獨描述上述目的的任意一個或組合地描述，或可選地不描述上述目的的任意一個，但替代地描述從在此的教導中確定的一些其它目的。并非希望即使在關于一些方面的情況下，通過本發明的任何單個方面也能描述所有這些目的。在本發明的第一方面，一種用于從多個粘結層制作三維結構的電化學制造工藝包括(A)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分，其中該襯底可以包括先前沉積的材料；(B)形成多個層，以便鄰接和粘結到先前沉積的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復操作(A);其中至少多次選擇性沉積操作包括(l)在襯底上或者接近襯底上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和(3)從襯底去除掩模；其中在給定層的形成期間，監測陽極和陰極之間的電壓。—種用于從多個粘結層制作三維結構的電化學制造工藝包括(A)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分，其中該襯底可以包括先前沉積的材料；(B)形成多個層，以便鄰接和粘結到先前沉積的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復操作(A);其中至少多次選擇性沉積操作包括(l)在襯底上或者接近襯底上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和(3)從襯底去除掩模；及其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定如果沒有正確地形成該層，則去除與該層相關的至少一部分沉積材料并且沉積代替材料。在本發明的第三方面，一種用于制作一種結構的適形接觸掩模工藝包括(A)提供至少一個預成型的掩模，其包括圖形化的介電材料，該介電材料包括至少一個開口，在一層的至少一部分的形成期間能夠通過該開口發生沉積，以及該至少一個掩模包括支承結構，該支承結構支持該圖形化的介電材料；和(B)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分，包括i)接觸襯底和預成型掩模的介電材料；ii)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過選定掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和iii)使選定的預成型掩模與襯底分離；其中在一層的形成期間，監測陽極和陰極之間的電壓。在本發明的第四方面，一種用于制作一種結構的適形接觸掩模工藝包括(A)提供至少一個預成型的掩模，其包括圖形化的介電材料，該介電材料包括至少一個開口，在一層的至少一部分的形成期間能夠通過該開口發生沉積，以及該至少一個掩模包括支承結構，該支承結構支持該圖形化的介電材料；和(B)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分，包括i)接觸襯底和預成型掩模的介電材料；ii)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過選定掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和iii)使選定的預成型掩模與襯底分離；其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定如果沒有正確地形成該層，則去除與該層相關的至少一部分沉積材料并且沉積代替材料。在本發明的第五方面，一種用于從多個粘結層制作三維結構的電化學制造裝置包括(A)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分的裝置，其中該襯底可以包括先前沉積的材料；(B)形成多個層的裝置，以便鄰接和粘結到先前沉積的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復操作(A);其中用于選擇性沉積的裝置包括(l)將圖形化的掩模與襯底鄰近定位或放置的裝置；(2)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過選擇的掩模中的至少一個開口傳導電流的裝置，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和(3)從襯底去除選定的預成型掩模的裝置；及(C)在選擇性沉積期間，監測陽極和陰極之間電壓的裝置。在本發明的第六方面，一種用于從多個粘結層制作三維結構的電化學制造裝置包括(A)在襯底上選擇性地沉積一層的至少一部分的裝置，其中該襯底可以包括先前沉積的材料；(B)形成多個層的裝置，以便鄰接和粘結到先前沉積的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復操作(A);其中用于選擇性沉積的裝置包括(l)將圖形化的掩模和襯底鄰近定位或放置的裝置；(2)在電鍍溶液中，在陽極和襯底之間通過選擇的掩模中的至少一個開口傳導電流的裝置，以便將選定的沉積材料沉積在襯底上以形成一層的至少一部分；和(3)從襯底去除選定的預成型掩模的裝置；及(C)檢查形成參數，或者將形成參數與預期參數值比較的裝置；和(D)如果確定該層沒有正確地形成，去除與該層相關的至少一部分沉積材料并且沉積代替材料的裝置。—種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，以便鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A);其中至少多次選擇性地沉積步驟包括(l)在先前形成的層上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極與先前形成的層之間通過掩模中的至少一個開10口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在先前形成的層上以形成一層的至少一部分；和(3)從先前形成的層去除掩模；及其中在給定層的形成期間，監測陽極與先前形成的層之間的電壓，以確定是否出現該第一材料的可接受的沉積，其中如果確定沒有出現該第一材料的可接受的沉積，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成該一個或多個層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。—種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，以便鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A);其中至少多次選擇性地沉積步驟包括(l)在先前形成的層上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極與先前形成的層之間通過掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在先前形成的層上以形成一層的至少一部分；和(3)從先前形成的層去除掩模；及其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層或部分的層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定是否形成了可接受的層或部分的層，其中如果確定沒有形成可接受的層或部分的層，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成一個或多個層或部分的層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。—種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，使得鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A);其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層或部分的層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定是否形成了可接受的層或部分的層，其中如果確定沒有形成可接受的層或部分的層，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成一個或多個層或部分的層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。基于回顧在此的教導，本領域普通技術人員將理解本發明的其它方面。本發明的其它方面可以包括對本發明的上述方面的組合和/或對一個或多個實施例的多個方面的增加。本發明的其它方面可以包括能在實施上面的本發明的一個或多個方法方面使用的裝置。本發明的這些其它方面可以提供上述多個方面的組合，以及提供在上面沒有特別提及的配置、結構、功能關系和工藝。圖l(a)至l(c)示意性地描述了CC掩模電鍍工藝的各個階段的側視圖，而圖l(d)至(g)示意性地描述了使用一種不同類型的CC掩模的CC掩模電鍍工藝的各個階段的側視11圖；圖2(a)至2(f)示意性地描述了用于形成特定結構的電化學制造工藝的各個階段的側視圖，其中當覆蓋沉積一種結構材料時，選擇地沉積一種犧牲材料；圖3(a)至3(c)示意性地描述了各個實例組件的側視圖，其中這些組件可以用于手動地執行圖2(a)至2(f)中描述的電化學制作方法；圖4(a)至4(i)示意性地描述了使用粘結掩模電鍍形成第一層結構，其中第二材料的覆蓋沉積覆蓋第一材料的沉積位置與第一材料本身之間的開口；圖5顯示了對于特定銅槽的在2(TC和在5(TC時操作時合并的陽極和陰極極化曲線；圖6(a)至6(c)描述了當出現三種不同的沉積結果時，第一電鍍槽的單元電壓隨電鍍時間變化圖；圖7(a)和7(b)描述了當出現兩種不同的沉積結果時，第一電鍍槽的單元電壓隨電鍍時間變化圖；圖8描述了銅沉積在出現毛剌的地方。具體實施例方式圖l(a)至l(g)，2(a)至2(f)，和3(a)至3(c)描述了已知的一種形式的電化學制造的各個特征。在上面參考的US6，027，630專利中、在各個先前合并的出版物中和在此以參考方式合并的各個其它專利與專利申請中提及了其它的電化學制造技術，還可從在這些出版物、專利和應用中描述的各個方法的組合中得到其它方法，或否則其它方法可由本領域普通技術人員從在此所提及的教導中知曉或發現。所有的這些技術可與本發明的各個方面的那些各個實施例結合，以獲得改進的實施例，還有其它的實施例可從在此明確提及的各個實施例的組合中得到。圖4(a)至4(i)描述了一種多層制造工藝的單層的形成過程的各個階段，其中在第一金屬上以及在第一金屬的開口中沉積第二金屬，其沉積形成該層的一部分。在圖4(a)中，示出了襯底82的側視圖，如圖4(b)所示在其上澆注可圖形化的光刻膠84。在圖4(c)中示出了由固化、曝光和顯影該光刻膠而得到的光刻膠圖形。光刻膠84的圖形化產生了開口或孔隙92(a)至92(c)，它們從光刻膠的表面86穿過光刻膠的厚度延伸到襯底82的表面88。在圖4(d)中，示出了已經電鍍進開口92(a)至92(c)中的金屬94(例如，鎳)。在圖4(e)中，已經從襯底上去除(即，化學剝離)了光刻膠以暴露襯底82的沒有用第一金屬94覆蓋的區域。在圖4(f)中示出了在襯底82的完全暴露部分(其是導電的)上和在第一金屬94(其也是導電的)上覆蓋電鍍第二金屬96(例如，銀)。圖4(g)描述了此結構的完成的第一層，這是將第一和第二金屬平坦化到暴露第一層的及設定第一層的厚度這樣的高度而得到的。在圖4(h)中示出了幾次重復在圖4(b)至4(g)中示出的工藝步驟以形成多層結構而得到的結果，其中每層由兩種材料組成。在大多數的應用中，如圖4(i)所示，去除這些材料中的一種以得到所期望的3-D結構98(例如，部件或器件)。盡管在此討論的實施例集中在適形接觸掩模和掩模操作上，但是在此公開的各個實施例、可替代物和技術可用于接近掩模和掩模操作(即，使用掩模的操作，該掩模通過接近襯底即使沒有接觸也至少選擇地屏蔽襯底)、非適形掩模和掩模操作(即，基于其接觸面不非常適形的掩模的掩模和操作)、和粘結掩模和掩模操作(與只和其接觸相反，使用粘結到襯底上的掩模，在襯底上發生選擇性的沉積或者蝕刻的掩模和操作)。基本標準的電鍍結構(g卩，非CC掩模電鍍結構)包括浸沒在電鍍槽中的陽極和陰極。陽極和陰極之間的距離至少為lmm。電源提供流過電鍍單元的預置電流，以便陽極金屬通常溶解進電鍍槽，而電鍍槽中的金屬離子在陰極還原，變成金屬沉積。取決于各種參數，包括電鍍槽的組成，電鍍槽通常在20-6(TC之間的溫度范圍以恒溫運行。機械地或者通過壓縮空氣來攪動電鍍槽，確保將新鮮電鍍液傳送到陰極，并且從電極去除電化學反應的產物，進入本體溶液。由于襯底(陰極)是通過薄的非導電材料(例如，圖形化的光刻膠)而圖形化，所以貫穿-掩模電鍍是選擇性的電鍍工藝。另外，其電鍍結構與上述的標準電鍍工藝的電鍍結構相同。同樣地，在此為了多個目的，貫穿-掩模電鍍可以被認為是標準電鍍的選擇形式。CC掩模電鍍在幾個方面與普通和貫穿-掩模電鍍不同。在一種形式的CC掩模電鍍中，電鍍槽被收集在由襯底、適形材料的側壁和陽極限定的封閉容積內。在圖l(b)中描述了這種封閉容積26a和26b的實例。CC掩模電鍍的另一種形式可以包括使用多孔支承和遠支陽極(distalanode)。在此另一可選形式的CC掩模電鍍中，盡管允許至少一些離子交換，由CC掩模的支承部分設置的屏障可以給電鍍溶液的一些成分的交換設置了足夠的障礙，其中沉積區域中的溶液仍可以被認為與本體溶液充分地隔離。這種阻擋導致在電鍍區域的溶液量和本體溶液之間很少或者沒有物質交換，同樣地，沒有或者很少帶有合適添加劑的新鮮溶液能夠被提供給微空間，并且沒有或者很少反應產物能夠被去除。CC掩模電鍍的一個優選形式包括多個封閉的容積，其中至少一個電鍍容積的至少一維是約幾十微米(例如，20至lOOym)或者更小。同樣，此種形式的CC掩模電鍍可以被認為是微槽電鍍工藝(即，微-cc掩模電鍍)。在微-CC掩模電鍍中，目前陽極和陰極之間的優選間距是約20iim和約100iim之間，更優選地在約40和80iim之間。同樣，不管被沉積的區域的大小，這些優選實施例可以被認為是微-CC掩模電鍍工藝。當然更薄的間距(例如，10i!m或者更小)和更厚的間距(300iim或者更大)是可能的。由于陽極和陰極之間的這種近間隔，不像標準電鍍，在陰極的沉積過程和在陽極的溶解過程高度相互作用。潛在地由于陽極和陰極過程之間的高度相互作用，以及由于當使用攪動時肯定增加短路的危險，所以盡管可能，但在電化學制造中不一定希望如標準電鍍工藝中普遍的那樣攪動電鍍槽。短路指的是在經歷了期望的沉積時間之前，一部分沉積高度橋接陰極和陽極之間的空間，在此情況下與主要流過預期的電鍍路徑相反，電流幾乎單獨直接穿過沉積的導電材料，以致于抑制了連續沉積。盡管在標準電鍍工藝中被推薦，但由于在CC掩模支承和適形材料之間的界面處的較高粘結率以及關聯的cc掩模壽命的縮短，所以在當前形式的微-cc掩模電鍍中不希望在高溫(即，高于大約43t:至45°C)時使用焦磷酸鹽(pyrophosphate)槽。CC掩模電鍍具有其自身的特征，在開發商業可用的CC掩模電鍍工藝和系統時，與標準電鍍工藝相關的傳統常識更可能是產生妨礙而不是提供幫助。下面的表提供了兩種形式的標準電鍍(即，非選擇和貫穿-掩模電鍍)和微-cc掩模電鍍的各個方面的詳細比較。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>已發現在CC掩模電鍍過程期間，監測的單元電壓可以關聯到沉積質量的各個方面。此單元電壓信息單獨或者與目測結合，能被用于判斷正在形成或者已經形成的給定沉積的可接受性。如果判斷該沉積是可接受的，可以允許該過程繼續到下一沉積或者其它操作。另一方面，如果判斷該沉積是不可接受的，該過程可迂回到去除所有或者一部分不可接受的沉積，并且然后再沉積一次或者多次，直到已經形成可接受的沉積，其后該過程沿著其常規進程繼續。單元電壓是在某一電流密度時陽極和陰極之間的電勢。其取決于兩極的電勢、陽極和陰極的大小和間隔、施加的電流、和槽的電阻率。單元電壓可以表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>這里Van。te和V。ath。fc是當電流流過槽時，由于電極的極化而在陽極和陰極處的電壓降，V^h是當電流流過陽極和陰極之間的槽時，槽中的電壓降。V^h可從下式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>這里I是總電流，R是槽的有效歐姆電阻。由于陽極和陰極之間的間隙通常很小(約25至lOOiim)，幾種已知的電鍍槽的具體電導率約為10—、20mA/cm2電流的電壓降約為幾十毫伏到幾毫伏。這樣，對比與陽極(Vm。d》和陰極(V。ath。d》相關的電壓降，運轉良好的槽兩端的電壓降可以認為是可以忽略的。使用Vanmte和V。ath。fc的極化曲線值，能夠估計單元電壓的近似值。在電鍍槽中測得的陽極和陰極極化曲線顯示了在不同電流密度時的陽極和陰極的電勢。圖5顯示了在20和5(TC沒有攪動時，在銅電鍍槽中(S卩，來自TechnicofCranstonRI的Cu_P槽)測得的陽極和陰極極化曲線的組合實例。關于飽和甘汞電極測得、并且相對于電流強度繪制在圖5中示出的陽極和陰極電勢。根據此圖，對于槽溫度在20至5(TC范圍內變化，可以確定20mA/cm2時的單元電壓分別在1.9和1.3V之間。已確定了在電鍍期間的單元電壓的測量能提供關于幾種不同電鍍條件/結果的信息。在優選實施例中，基于適形接觸掩模的已知開闊區域(即，電鍍區域)在陽極和陰極之間提供電流，以致于提供的總電流產生等于期望值的陰極平均電流密度。如果電鍍操作適當地運轉，應產生可預期的電壓。在電鍍期間，預期不同電鍍槽、操作條件、電源控制參數和電鍍條件可產生不同特征的電壓曲線。也預期本領域普通技術人員能對于不同操作條件執行實驗測試以使可接受的電鍍或者不可接受的電鍍與電壓值或者曲線(即，隨時間變化圖)相關聯。這些關聯值或者曲線能用于定義可接受性標準，該標準能用于確定隨后的電鍍操作的可接受性。圖6(a)和7(a)顯示了在室溫操作的兩種不同的焦磷酸銅電鍍槽的4分鐘電鍍時間的典型單元電壓曲線。圖6(a)是基于Cu-P電鍍槽，而圖7(a)是基于具有如Atotech推薦的最優模式的UNICHROME電鍍槽。在實際電鍍期間，這些曲線記錄在帶形記錄紙記錄器上。在使用的條件下，普通電鍍過程顯示了單元電壓與時間的平滑的、穩定的曲線。另外，單元電壓保持大體上恒定(即，保持在窄范圍內)。圖6(c)中顯示了電鍍過程失敗的一個實例，其中大的單元電壓變化和單元電壓的不穩定性表示出現了不合適的電鍍操作，以及正在應用的涂覆將缺乏下面的一個或者多個方面(l)期望的厚度，(2)期望的均勻性，(3)期望的與襯底的粘結，和/或(4)其它一些期望的結構特性。可能由沉積厚度的變化而造成短路。圖8中顯示了用30分鐘的沉積時間通過適形接觸掩模電鍍產生的銅層的SEM圖像。在銅沉積104的邊緣周圍能夠看到很多毛剌102。大毛剌102高于其余沉積。當一個或者更多毛剌在高度上延伸到足夠觸及陽極時，發生短路并且電鍍過程不能繼續，因為電流流過較低電阻的金屬通路而不是經過電解液。當發生短路時，單元電壓立即降到零。圖6(b)顯示了單元電壓與時間的關系圖，其中在少于預期電鍍時間時發生短路。閃爍沉積是超過預期的掩模區域的多余額外沉積。換句話說，實際的陰極區域比預期的大，并且由于總電流是恒定的，陰極的實際電流密度比預期的小。根據圖5中的極化曲線，可以看出當電流密度降低時，陰極電勢將變得更為正向，其反過來引起總的單元電壓降低。因此，如果監測的單元電壓比預期的低，可能是發生了閃爍沉積。圖7(a)顯示了正常的單元電壓，而圖7(b)中的單元電壓比正常值低。對于通過適形接觸掩模的每一沉積，能夠監測沉積過程，其中在沉積過程期間或者完成沉積之后能夠辨識問題。基于將得到的電壓曲線與預期曲線比較或者與預定義的可接受性或舍棄標準比較的分析，能夠確定是否能按進度繼續形成過程、是否應該中止此過程、或者是否應該采取一些形式的補救或校正措施。可以通過操作員檢查和分析一個或多個監測的電信號(例如，電壓)、通過自動化系統識別、或者通過兩者結合來發現問題。根據系統的自動化水平和問題的預期嚴重性，可以由操作員手動地或者在自動化系統控制下執15行補救措施，其可能包括若干不同的操作(1)可以執行視覺或者其它輔助檢查，以確定發生了問題或者確定問題的嚴重性，以便如果需要時，幫助確定要采取的最合適形式的額外補救措施；(2)如果在問題識別時，令人不快的沉積仍在進行，i.其可以被中止；或者ii.其可以被允許持續一段時間；(3)可以允許發生一個或者更多額外的沉積(例如，確保沉積結構的完全的橫向支承)(4)可以執行修剪處理(例如，通過機械研磨或者通過CMP的平坦化工藝)來去除所有或者僅一部分令人不快的沉積。(5)可以采取完全再沉積或者部分再沉積令人不快的圖形i.同樣的掩模可被用于一個或者更多隨后的嘗試；或者ii.另一可選的掩模可被用于一個或者更多隨后的嘗試；禾口(6)如果在某幾次嘗試中不能獲得最佳的再沉積，可以設計一個自動化系統來中止此形成過程、等待操作員干預或者繼續此形成過程，同時留下遇到的問題和嘗試的補救措施的適當記錄。使用一個單獨的舍棄標準(例如，短路識別)或者使用多個舍棄標準可以執行本發明的各個實施例。使用的每一舍棄標準可以導致執行相同的補救處理，或者不同的舍棄標準可以導致執行不同的補救措施。在一些實施例中，補救措施可以包括如上所述的操作(1)至(6)的每一操作。在其它一些實施例中，如果需要，可以僅使用操作(1)至(6)的一個子集，例如(2)(ii)后跟(4)，接著是(5)(b)，然后是(6)。當還沒有做出幾次嘗試時，每次遇到操作(6)，補救措施可能是不同的。在一些實施例中，如果確認與指定層相關的問題是先前層上的問題的后果，或者如果在當前層上采取的補救措施可能對一個或者更多先前層有負面影響，則不僅一個或者更多與當前層相關的沉積可以被修剪，而且可以從一個或者更多先前層修剪材料。也可以執行已去除材料的用于當前層的和用于任意先前層的材料的再沉積。與其它修剪處理相比或者除了其它修剪處理之外，在一些實施例中，修剪操作可以包括陽極蝕刻。在看過這里的教導之后，本領域普通技術人員將明白各種其它的問題識別可能性和補救操作可能性，以及多種組合。存在本發明的各種其它實施例。這些實施例的一些可以基于在此的教導與以參考方式合并于此的教導的組合。一些實施例可能不使用任何覆蓋沉積工藝和/或它們可能不使用平坦化工藝。一些實施例可能包括在單層上或者在不同層上的多種不同材料的選擇性沉積。一些實施例可能使用不是電沉積工藝的覆蓋沉積工藝。一些實施例可能使用在一些層上的選擇性沉積工藝，其不是適形接觸掩模工藝并且不是平坦電沉積工藝。一些實施例可能使用用于選擇性圖形化操作的非適形掩模、鄰近掩模、和/或粘結掩模。一些實施例可能使用鎳作為結構材料，而其它實施例可能使用例如金、銀或者任何其它電沉積材料的不同材料，其中這些電沉積材料可以與選擇的犧牲材料(例如銅和/或一些其它犧牲材料)分離。一些實施例可能使用銅作為有或者沒有犧牲材料的結構材料。一些實施例可能移除犧牲材料而其它一些實施例可能不移除。在一些實施例中，陽極可能與適形接觸掩模支承不同，而且支承可以是多孔結構或者其它有孔結構。一些實施例可以使用多種具有不同圖形的適形接觸掩模，以便在不同層和/或單層的不同部分上沉積材料的不同的選擇性圖形。在一些實施例中，當沉積以這樣的方式發生，其允許CC掩模的適形部分與襯底之間的密封從適形材料的表面移到適形材料的內緣時，可以通過將適形接觸掩模從襯底拉開而增加沉積的厚度。在一些實施例中，可能不執行監測電參數或者監測的參數可能不產生去除或者再沉積材料的結果，而是通過手動的或者自動化的沉積視覺檢查做出這樣的決定。總而言之，本發明其中的教導、另外的很多實施例、設計和使用的可選方式對于本領域普通技術人員來說是易于理解的。因此，并非將本發明局限于上述特別解釋的實施例、可選方式和使用方法，而替代地，本發明由此后所顯示的權利要求單獨限制。權利要求一種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，以便鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A)；其中至少多次選擇性地沉積步驟包括(1)在先前形成的層上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極與先前形成的層之間通過掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在先前形成的層上以形成一層的至少一部分；和(3)從先前形成的層去除掩模；及其中在給定層的形成期間，監測陽極與先前形成的層之間的電壓，以確定是否出現該第一材料的可接受的沉積，其中如果確定沒有出現該第一材料的可接受的沉積，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成該一個或多個層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。2.如權利要求l所述的工藝，另外包括提供多個預成型的掩模，其中每一掩模包括圖形化的介電材料，該介電材料包括至少一個開口，在一層的至少一部分的形成期間能夠通過該開口發生沉積，以及其中每一掩模包括支承結構，該支承結構支持該圖形化的介電材料；禾口其中在先前形成的層上的掩模設置包括使先前形成的層與選定的預成型掩模的介電材料接觸。3.如權利要求1所述的工藝，其中在襯底上或先前形成的層上的掩模設置包括將圖形化的掩模形成并粘結到襯底上。4.如權利要求1所述的工藝，其中該確定也基于給定層的沉積結果的視覺檢查。5.如權利要求1所述的工藝，其中測得的至少一層的電壓外形指示閃爍沉積。6.如權利要求1所述的工藝，其中將測得的電壓外形與預期的電壓外形比較能夠指示發生了閃爍沉積。7.如權利要求1所述的方法，其中測得的至少一層的電壓外形指示短路。8.如權利要求1所述的方法，其中將測得的電壓外形與預期的電壓外形比較能夠指示發生了短路。9.一種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，以便鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A);其中至少多次選擇性地沉積步驟包括(1)在先前形成的層上設置掩模；(2)在電鍍溶液中，在陽極與先前形成的層之間通過掩模中的至少一個開口傳導電流，以便將選定的沉積材料沉積在先前形成的層上以形成一層的至少一部分；禾口(3)從先前形成的層去除掩模；及其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層或部分的層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定是否形成了可接受的層或部分的層，其中如果確定沒有形成可接受的層或部分的層，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成一個或多個層或部分的層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。10.如權利要求9所述的工藝，另外包括提供多個預成型的掩模，其中每一掩模包括圖形化的介電材料，該介電材料包括至少一個開口，在一層的至少一部分的形成期間能夠通過該開口發生沉積，以及其中每一掩模包括支承結構，該支承結構支持該圖形化的介電材料；禾口其中在先前形成的層上的掩模設置包括使襯底或先前形成的層與選定的預成型掩模的介電材料接觸。11.如權利要求9所述的工藝，其中檢查包括監測選擇性沉積操作的一個電特性。12.如權利要求11所述的工藝，其中電特性包括在電流的傳導期間陽極與先前形成的層之間的電壓。13.如權利要求11所述的工藝，其中在實際上所有層的形成期間存在監測。14.如權利要求12所述的工藝，其中每一層的監測電壓包括每一層的關于沉積時間的電壓外形的測量。15.如權利要求14所述的工藝，其中測得的給定層的電壓外形的至少兩點被用于和期望的電壓外形比較，并且至少部分地基于比較的結果，得出關于沉積是否是可接受的結論。16.如權利要求9所述的工藝，其中一層的至少一部分是通過非電鍍沉積工藝形成的。17.如權利要求9所述的工藝，其中在若干層的每一層的形成期間存在多次沉積，其中在若干層的每一層上的至少一次沉積是沉積銅，而在若干層上的至少一次其它沉積是沉積鎳。18.如權利要求9所述的工藝，其中若干層的每一層的選擇性地沉積包括至少兩個選擇性沉積。19.一種電化學制造工藝，用于從多個粘結層制作三維結構，該工藝包括(A)在襯底上形成第一層，包括i)選擇性地沉積第一材料以形成該第一層的一部分；ii)在襯底上沉積第二材料以形成該第一層的第二部分；iii)平坦化該第一和第二材料以設定該第一層的平面；(B)形成多個層，使得鄰接并粘結到先前形成的多個層而形成多個連續層，其中該形成過程包括多次重復步驟(A);其中在給定層的形成期間或者形成之后，檢查該層或部分的層，或者將形成參數與預期參數值比較，以便確定是否形成了可接受的層或部分的層，其中如果確定沒有形成可接受的層或部分的層，則經由至少一次平坦化操作去除一個或多個層的至少一部分，并重復形成一個或多個層或部分的層；其中該第一和第二材料的其中一個是犧牲材料，該第一和第二材料的另一個是結構材料，以及(C)在形成多個層之后，從該多個層上的結構材料去除至少一部分犧牲材料，以顯示三維結構。全文摘要本發明涉及在適形接觸掩模電鍍操作期間監測沉積質量的方法和裝置，其在選擇性沉積期間提供對至少一種電參數(例如，電壓)的監測，其中監測的參數用于幫助確定所做的沉積的質量。如果監測的參數指示沉積出現了問題，可以采取各種補救操作以成功形成將要完成的結構。文檔編號H01L21/288GK101724875SQ20091024608公開日2010年6月9日申請日期2003年5月7日優先權日2002年5月7日發明者A·L·科恩,張剛申請人:南加州大學